(57)【要約】    【課題】  走査電子顕微鏡にＸ線顕微鏡の機能を付加するとともに、両機能の切替えを容易にする。    【解決手段】  走査電子顕微鏡観察を行なう場合は、開口部２０が電子ビーム４の経路上にくるようにホルダー１６を位置決めする。電子ビーム４は試料１２を照射し、試料１２上で走査して試料１２から発生する２次電子や反射電子を検出することによりＳＥＭ像を得ることができる。Ｘ線顕微鏡観察を行なうときは、ホルダー１６を移動させていずれかのアノード１８ａ，１８ｂ又は１８ｃを電子ビーム４の経路上に位置決めする。電子ビーム４がアノード１８ａ，１８ｂ又は１８ｃを照射することによりＸ線が発生し、そのＸ線が試料１２を透過してフォスファー２６で光に変換され、その光がＣＣＤカメラ２８で検出されて拡大像が得られる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子を加速し収束させて電子ビームとして試料ステージ上の試料に照射するとともに、その電子ビームを試料上で走査できる電子光学系と、前記電子ビーム照射により試料から発生した２次電子又は反射電子を検出する検出器を少なくとも備えた走査電子顕微鏡において、
前記電子光学系が存在する空間の真空状態を保持した状態で、前記電子ビームの経路上にＸ線を発生するためのアノードを着脱可能に装着できる切替え機構と、試料の配置位置に関して前記アノードの反対側に配置され、試料を透過したＸ線を検出するＸ線検出器を備えたことを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項２】
前記切替え機構は前記電子ビームの経路上に装着されたアノードにより前記電子光学系が存在する空間の真空状態を保持できるシール部材を備えている請求項１に記載の走査電子顕微鏡。
【請求項３】
前記切替え機構は複数種類のアノードを備え、それらのアノードを切替え可能になっている請求項１又は２に記載の走査電子顕微鏡。
【請求項４】
前記アノードには電子ビームの経路上に装着されたときに電子ビームを透過させることのできるオリフィスが形成されているものが含まれている請求項３に記載の走査電子顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は試料の表面状態や組成分布などを測定する走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
走査電子顕微鏡は、電子銃からの電子線を収束させて電子ビームとして試料表面に照射し、試料から発生する２次電子、反射電子、Ｘ線、光などを検出するとともに、その電子ビームによる照射位置を試料表面上で走査することによって試料表面の３次元的な形状を測定したり、試料表面内での組成分布などを測定したりするものである。
【０００３】
走査電子顕微鏡においても、試料の表面形状や組成分布だけでなく、内部又は下層に存在する部品や異物などを検出したり、その形状を測定したり、又は故障箇所を検査したりする要請がある。そのような内部構造など、表面からは観察できないものの測定に関してはＸ線顕微鏡がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
走査電子顕微鏡では内部の構造や欠陥などは観察することはできず、一方、Ｘ線顕微鏡では表面の形状や組成分布などを測定することができない。
そこで、走査電子顕微鏡においてＸ線顕微鏡の機能を付加しようとすれば、電子ビームの経路上にＸ線発生用のアノードを配置してＸ線顕微鏡としても利用できるようにすることができる。しかしながら、電子ビームの経路が存在する空間は真空に保たれているため、電子ビームの経路上にアノードを配置するにはいったんその空間を大気に開放した後にアノードを装着し、再び真空排気しなければならないという煩わしい操作が伴う。
本発明は走査電子顕微鏡にＸ線顕微鏡の機能を付加するとともに、両機能の切替えを容易にすることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、走査電子顕微鏡で、電子光学系が存在する空間の真空状態を保持した状態で、電子ビームの経路上にＸ線を発生するためのアノードを着脱可能に装着できる切替え機構と、試料の配置位置に関してアノードの反対側に配置され、試料を透過したＸ線を検出するＸ線検出器を備えたものである。
【０００６】
切替え機構により電子ビームの経路上にアノードを装着すればＸ線顕微鏡となり、試料を透過したＸ線をＸ線検出器で検出することができる。また、切替え機構によりアノードを電子ビームの経路上から取り外せば走査電子顕微鏡となり、試料から発生する２次電子や反射電子を電子検出器で検出したり、試料から発生するＸ線をエネルギー分散型Ｘ線検出器（ＥＤＸ）や波長分散型Ｘ線検出器（ＷＤＸ）などのＸ線検出器で検出したりするとともに、電子ビームを試料上で走査することができる。
【０００７】
切替え機構は電子ビームの経路上に装着されたアノードにより電子光学系が存在する空間の真空状態を保持できるシール部材を備えているものとすることができる。
切替え機構は複数種類のアノードを備え、それらのアノードを切替え可能にすることができる。
また、アノードには電子ビームの経路上に装着されたときに電子ビームを透過させることのできるオリフィスが形成されているものを含んでいてもよい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば電子光学系の存在空間の真空状態を大気に戻すことなくアノードを装着したり、アノードを電子ビーム経路からはずしたりすることができるため、走査電子顕微鏡とＸ線顕微鏡の機能の切替えを容易におこなうことができる。例えば、Ｘ線顕微鏡で内部観察したものをそのままＳＥＭ像観察に切り替えることができる。
【０００９】
切替え機構として電子光学系の存在空間の真空状態を保持するシール部材を備えている場合には、試料が存在する試料チャンバを大気に開放することができるようになるので、電子光学系の存在空間を真空状態に保ったままでＸ線顕微鏡として観察を行なう試料を交換するのが容易になる。
アノードとして複数種類のものを備えるようにすれば、Ｘ線源の切替えを容易に行なうことができる。
【００１０】
また、アノードの１種として電子ビームを通過させることのできるオリフィスが形成されたものを含んでいる場合には、そのアノードを電子ビームの経路上に配置したときは、電子ビームがオリフィスを透過して試料を照射するように電子ビームの経路を設定して試料から発生する二次電子や反射電子を検出する測定モードと、電子ビームがオリフィスの周囲のアノードを照射するように電子ビームの経路を設定してアノードから発生するＸ線によりＸ線顕微鏡観察をする測定モードの切替えを電子ビームの経路の移動だけで行なうことができるようになり、より短時間での切替えができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図１に示す実施例により本発明を詳細に説明する。
２は電子銃であり、フィラメント３から発生した電子をコンデンサレンズ６と対物レンズ８により収束した電子ビーム４として試料ステージ上の試料１２に照射する。１０は電子ビーム４を試料１２上で走査するための走査コイルであり、走査コイル１０の通電を制御することにより、電子ビーム４の照射位置を平面内で自由に移動させることができる。コンデンサレンズ６、走査コイル１０及び対物レンズ８からなる電子光学系が設けられている筐体1には真空排気機構（図示略）が接続されており、筐体1内はフィラメント３から電子を発生させることができる真空度に保たれる。
【００１２】
図示は省略されているが、走査電子顕微鏡観察のために、試料１２の近傍に、試料から発生する２次電子や反射電子を検出するための電子検出器と、試料から発生するＸ線を検出するためのＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線検出器）やＷＤＸ（波長分散型Ｘ線検出器）などのＸ線検出器が配置されている。
【００１３】
対物レンズ８と試料ステージとの間には、電子ビーム４の経路上にアノードを着脱可能に装着することのできる切替え機構１４が設けられている。切替え機構１４はホルダー１６に複数のアノードを備えているとともに、開口部も備えたものである。コンデンサレンズ６、走査コイル１０及び対物レンズ８からなる電子光学系が設けられて真空に保たれる筐体1の下面に、切替え機構１４がＯリング２２をシール部材として筐体1内をアノードとともに封止できるように取り付けられている。
【００１４】
アノードを電子ビーム４の経路上に配置したときの状態で、試料１２に関しアノードと反対側（図１では試料１２の下方）に、試料１２を透過したＸ線１３を検出するために、Ｘ線１３を光に変換するフォスファー２６が配置され、フォスファー２６からの光を検出するために二次元センサとしてＣＣＤ素子２８が配置されている。
【００１５】
図２は切替え機構１４を拡大して示したものである。ホルダー１６の開口部のそれぞれにアノード１８ａ，１８ｂ，１８ｃが取りつけられている。ホルダー１６の他の開口部２０は電子ビームを通過させて走査電子顕微鏡として機能させるために、アノードは設けられておらず開口している。アノードには使用するＸ線の種類により、材質や厚みの異なるものを複数設けるのが好ましい。
【００１６】
アノード１８ａと１８ｂはアルミニウムや銅など種類の異なる金属板であり、それらのアノードを電子ビーム４の経路上に配置すれば、Ｘ線１３を発生してＸ線顕微鏡の機能を果たすことができる。また、シール部材２２によって筐体1内が気密状態に封止され、筐体1内の真空状態が保持される。図１はこの状態を表わしている。
【００１７】
アノード１８ｃは中心にオリフィスが開けられており、このアノード１８ｃを電子ビーム４の経路上に配置したときは電子ビーム４がそのオリフィスを通過できるとともに、電子ビーム４の経路を移動させることによってアノード１８ｃからＸ線１３を発生させることもでき、走査電子顕微鏡（低真空ＳＥＭ）としての機能とＸ線顕微鏡としての機能を果たすことができる。
開口部２０を電子ビームの経路上に配置したときは走査電子顕微鏡としての機能を果たすことができる。
【００１８】
この実施例で、走査電子顕微鏡観察を行なう場合は、開口部２０が電子ビーム４の経路上にくるようにホルダー１６を位置決めする。電子ビーム４は試料１２を照射し、試料１２上で走査して試料１２から発生する２次電子や反射電子を検出することによりＳＥＭ像を得ることができる。
次に、Ｘ線顕微鏡観察を行なうときは、ホルダー１６を移動させていずれかのアノード１８ａ，１８ｂ又は１８ｃを電子ビーム４の経路上に位置決めする。電子ビーム４がアノード１８ａ，１８ｂ又は１８ｃを照射することによりＸ線１３が発生し、そのＸ線１３が試料１２を透過してフォスファー２６で光に変換され、その光がＣＣＤカメラ２８で検出されて拡大像が得られる。
【００１９】
アノード１８ａ又は１８ｂが電子ビーム４の経路上に位置決めされているときは、Ｏリング２２により筐体1内が気密封止されるので、試料１２が存在する試料チャンバを大気に開放して試料１２を交換することもできる。
【００２０】
アノード１８ｃが電子ビーム４の経路上に位置決めされているときは、アノード１８ｃにはオリフィスが開けられているので筐体1内を気密封止することはできないが、オリフィスが十分に小さければ試料チャンバを大気に開放しても、筐体1内の真空度を電子発生に必要な程度の真空度（低真空）に保つことができる。
【００２１】
図３は他の実施例における切替え機構を示したものである。複数のアノード１８ａ〜１８ｃが棒状のホルダー１６ａに取り付けられており、ホルダー１６ａは筐体１の下部に設けられた開口部の縁２３にＯリング２２ａ,２２ｂにより気密を保って摺動可能に取りつけられている。ホルダー１６ａを摺動させて電子ビーム４の経路上に何れかのアノードを位置決めすることにより、Ｘ線顕微鏡による測定モードとすることができる。また、ホルダー１６ａを摺動させてアノードのない部分が電子ビーム４の経路上にくるように位置決めすることによって走査電子顕微鏡による測定モードとすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明は１台の走査電子顕微鏡で、ＳＥＭ像観察とＸ線顕微鏡観察の両方の機能を簡単に切り替えて実行することができるので、バイオ関連の計測装置、半導体関連の製造モニター装置、故障個所の検査装置などとして利用するのに適する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】一実施例を概略的に示す断面図である。
【図２】同実施例における切替え機構を示す概略断面図である。
【図３】他の実施例における切替え機構を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１      筐体
２      電子銃
３      フィラメント
４      電子ビーム
６      コンデンサレンズ
８      対物レンズ
１２      試料
１３      Ｘ線
１６，１６ａ      ホルダー
１８ａ，１８ｂ，１８ｃ      アノード
２０      開口部
２２，２２ａ，２２ｂ      Ｏリング
２６      フォスファー
２８      ＣＣＤ素子
【図１】
2005222817.tif 000003
【図２】
2005222817.tif 000004
【図３】
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